浅析建筑钢材的锈蚀及防止措施

建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋两类。钢材的锈蚀,指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。在钢筋混凝土中,由于钢筋的锈蚀,将使混凝土的保护层膨胀出现裂纹,严重时混凝土保护层脱落,钢筋脱离,使钢筋和混凝土之间的粘结应力损失或完全丧失,危急结构的安全,因此钢筋的锈蚀对钢筋混凝土结构的使用寿命有很大的影响。     

海工结构服役寿命及保护层开裂模式细观数值模拟

通过在钢筋与混凝土交界面处施加时变边界位移建立非均匀锈蚀钢筋锈胀模型,其中混凝土损伤本构采用指数应力软化模型,时变边界位移采用Faraday定律对氯离子浓度积分计算得到.参数化分析保护层厚度、钢筋位置、钢筋直径等因素对服役寿命及保护层开裂模式的影响.研究结果表明,服役寿命随保护层厚度增加而增长,而且增加幅度逐步增大,而钢筋直径变化对服役寿命影响较小,角部钢筋锈蚀则导致结构服役寿命缩短;中部钢筋的锈蚀使得保护层出现三条主裂缝,当保护层较小,保护层破坏模式为凸起式破坏,保护层较大时则将出现层裂;同时,角部钢筋锈蚀将在保护层内形成两条主裂纹,最终导致角部保护层脱落.     

钢铁企业钢混结构的防腐蚀

钢铁企业工业厂房长期存在于工业大气条件下,厂房的各部分会产生不同程度的损害,主要表现为腐蚀和振动两个方面,加之设计、施工缺陷以及使用维护不当,更严重地损害了工业建筑的耐久性。下面探讨了钢混结构的腐蚀特征与防护措施。１　钢混结构的腐蚀特征钢混结构目前仍是我国工业建筑结构中的主要形式,其腐蚀破坏形态可分为以下两种情况：（１）由于混凝土耐腐蚀性不足,钢筋的混凝土保护层被腐蚀破坏,使钢筋裸露遭受腐蚀;（２）混凝土保护层虽未腐蚀破坏,但由于外界或内部某些因素的作用,使混凝土保护层的保护性能丧失,钢筋的钝化…     

钢筋保护层厚度测量仪标准块的研制

标准块是实现钢筋保护层厚度测量仪量值溯源准确可靠的重要保证。针对目前市面上还没有按JJF 1224—2009《钢筋保护层、楼板厚度测量仪校准规范》要求设计的标准块正式销售的情况,通过对标准块结构、钢筋直径及保护层厚度、保护层材质、制作工艺等的设计,研制出钢筋保护层厚度测量仪校准标准块,并通过上级溯源及标准块的重复性和稳定性试验考核合格,可以方便、可靠的实现钢筋保护层厚度测量仪校准,完善了本地区钢筋保护层厚度测量仪的量值溯源体系。     

一种新型钢筋保护层测定校准装置的研发和不确定度分析

为保证钢筋保护层测定仪的测量值准确可靠、高效传递,研制一台能实施校准钢筋保护层测定仪的装置。通过西门子可编程控制系统控制垂直移动平台,实现自动从样品库中调取标准试样。用垂直移动平台与光栅尺配合调节样品与测试台面的距离,得到模拟标准钢筋保护层厚度,进而对钢筋保护层测定仪实施连续校准。传统的标准试块校准精度为1 mm,测量范围仅为标准试块的标准厚度;而该装置校准精度为0.1 mm,可连续测量,且测量范围为0~600 mm。实验结果表明:该钢筋保护层测定仪校准装置完全满足JJF 1224——2009《钢筋保护层、楼板厚度测量仪校准规范》,可以对钢筋保护层测定仪实施校准,由实验数据得到该装置的扩展不确定度为U=0.223 mm(k=2)。     

测量系统分析技术在构件钢筋保护层厚度检测中的应用

为了提高混凝土结构钢筋保护层测定的准确性,采用测量系统分析(MSA)技术对钢筋保护层测定仪的分辨力、偏倚、线性以及重复性和再现性等指标进行了系统的试验。分析出仪器变差的主要变异源,判断出仪器存在线性偏倚,在使用中应对数据进行修正;判定仪器可用于结构钢筋保护层厚度的合格评判及施工过程中能力指数的粗略估计。     

控制钢筋保护层厚度的有效措施

在桥梁结构中,钢筋不断锈蚀,宵效截面不断减小,桥梁结构承载力不断下降,钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。控制好钢筋保护层厚度有利于防止钢筋锈蚀,保证混凝土结构耐久性和使用寿命。本文结合工程实际,通过四控一检,在钢筋保护层厚度控制方面作如下简述。     

拱坝横缝钢筋与混凝土相互作用研究

本文在总结了钢筋与混凝土相互作用研究现状的基础上，建议了一个计算钢筋滑移量、钢筋粘结受力段长度的数值模型，该模型考虑了混凝土保护层厚度、截面混凝土应力分布的影响，并引用有关试验结果进行验证。文末在假定截面应力分布型态和临界混凝土保护层厚度条件下，将模型用于计算小湾拱坝横缝钢筋的滑移量、钢筋临界应力、钢筋受力段长度，计算结果表明用横缝钢筋控制横缝开度的这一工程措施基本可行，且建议的保护层厚度、横缝钢筋布置等均有一定工程参考价值。     

钢筋混凝土结构中钢筋保护层质量控制的措施

钢筋保护层是保证钢筋混凝土结构物耐久性的重要构造,在精细化施工的今天,不仅要求结构物质量合格,还要求耐久性要好,因此必须控制耐久性指标,包括钢筋保护层、氯离子含量、钢筋锈蚀、混凝土碳化等指标,本文重点论述施工中如何控制钢筋保护层质量,使保护层符合设计要求。笔者通过箱梁预制的施工,总结了一些提高钢筋保护层合格率的经验,以期对今后钢筋保护层合格率的提高提供一些方法和措施。     

高温后半灌浆套筒抗拉性能试验研究

对灌浆料标准试块和铸铁半灌浆套筒连接件进行了常温、200℃、300℃、400℃、600℃的抗压强度试验和单向拉伸试验。研究了温度对灌浆料性能的影响,以及锚固长度、保护层厚度对高温后半灌浆套筒钢筋连接试件抗拉性能的影响,分析了高温后半灌浆套筒连接破坏模式的转变。结果表明:灌浆料抗压强度随温度的升高而降低,在经历600℃高温后,灌浆料抗压强度损失达73%;套筒试件经历高温后由钢筋屈服后断裂破坏逐渐变为钢筋屈服拔出破坏,最终变为钢筋屈服前拔出破坏;无保护层试件抗拉性能在各个温度下均低于有保护层试件。基于试验数据给出了灌浆料抗压强度随温度变化的计算公式及半灌浆套筒极限拉力随温度和锚固长度变化的计算公式,为相关设计及工程施工提供参考。     

Damage mechanics applied to concrete reinforced with amorphous cast iron fibers,concrete subjected to compression

The evolution of damage in compression, due to microcracking, is investigated in concrete reinforced by amorphous cast iron fibers and compared to damage in non reinforced concrete whose workability and strength were similar. As microcracking is anisotropic, two damage variables are defined, d₁ in the orientation of compression and d₂ in a perpendicular orientation. Damage values are calculated as a function of the loss of stiffness measured during loading-unloading cycles. Since the fiber arrangement is 2D (isotropic transverse), it is shown that damage is delayed in a reinforced concrete stressed in an orientation perpendicular to the fibers. On the other hand, due to fiber/concrete debonding, damage is greater when the compression is applied in an orientation parallel to the fibers. The damage behavior of the non reinforced concrete is intermediate.     

不同损伤源对玄武岩纤维增强混凝土孔隙结构变化特征的影响

为了研究玄武岩纤维增强混凝土在高温和力学两种损伤源下的孔隙结构变化特征，采用核磁共振(NMR)和扫描电镜(SEM)技术，观察试件T₂谱分布、孔径分布、孔洞和裂隙发育情况。结果表明，高温作用后基准混凝土、短玄武岩纤维增强混凝土、长玄武岩纤维增强混凝土均呈微孔数量不断减小、介孔数量不断增加的趋势。通过对比发现，长玄武岩纤维增强混凝土T₂谱主峰孔隙数量最多，孔径分布最大。以长玄武岩纤维增强混凝土为例，研究在高温和力学两种损伤源下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙结构变化特征。发现弛豫时间在0.1~10 ms内高温损伤下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙数量大于力学损伤下的孔隙数量，且随着温度升高，T₂谱主峰向右偏移，随着荷载增加，T₂谱主峰几乎不发生变化，表明温度升高更能加剧损伤，每级温度作用下新生孔径不断增大。T₂谱主峰幅值和孔径分布随温度升高不断增大，随荷载增加出现先减小后增大的现象，表明高温作用对混凝土直接构成损伤，而力学作用使混凝土先密实再产生损伤，SEM观察得到了相同的结论。      

历经荷载历史混凝土动态受拉损伤试验研究

该文通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件预先施加不同应变率和大小不同的荷载历史,然后对经历荷载历史后的混凝土受拉试件在应变率10?5/s―10?2/s范围内进行动态单轴拉伸损伤试验,研究了荷载历史对混凝土的动态抗拉强度、动态变形特性和动态损伤特性的影响。研究结果表明:混凝土经历荷载历史后,混凝土抗拉强度和混凝土损伤槛值都降低了,但临界应变受荷载历史影响不大;在相同的应力比和应变比情况下,混凝土的损伤值随着荷载历史的增加而增加了。     

基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型

基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.     

Numerical prediction of concrete slab response to blast loading

In this paper, a dynamic plastic damage model for concrete material has been employed to estimate responses of both an ordinary reinforced concrete slab and a high strength steel fibre concrete slab subjected to blast loading. In the concrete material model, the strength envelope is a damage-based modified piece-wise Drucker–Prager model; the strain rate effect on tension and compression are considered separately; the damage variable is based on Mazars’ damage model, which is a combination of tensile and compressive damage. The equation of state (EOS) is also a combination of the porous and solid EOS of concrete with different forms for tension and compression states. The interaction between the blast wave and the concrete slab is considered in the 3D simulation. In the first stage, the initial detonation and blast wave propagation is modelled in a 2D simulation before the blast wave reaches the concrete slab, then the results obtained from the 2D calculation are remapped to a 3D model. The calculated blast load is compared with that obtained from TM5-1300. The numerical results of the concrete slab response are compared with the explosive tests carried out in the Weapons System Division, Defence Science and Technology Organisation, Department of Defence, Australia. Repetitive applications of blast loading on slabs are also simulated and the results compared with test data.     

基于非线性超声技术的热损伤混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土结构在受热或者火灾作用后其内部极易形成微裂纹,这将严重影响混凝土的耐久性与强度等特性。基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估热损伤混凝土微裂纹的发展。通过高温制备热损伤混凝土,对热损伤混凝土微裂纹的检测结果表明,损伤指标会随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了非线性声场调制法的可行性,并引入非线性声场共振法进行对比实验,分析了调制法的优越性。并对不同水灰比、骨料比与升温速率的热损伤混凝土微裂纹的检测实验发现,损伤指标峰值会随混凝土水灰比或骨料比的增大而增大,缓慢升温方式对混凝土的损伤较快速升温方式大,并建立起了残余强度与损伤指标峰值之间的关系,为混凝土材料的热损伤评估奠定基础。     

基于随机骨料模型的EPS混凝土粒子尺寸效应分析

建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型,对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS混凝土的损伤破坏过程。研究表明,EPS混凝土的损伤破坏有两种形态,即延性破坏和脆性破坏。延性破坏与EPS颗粒的面积占有率、断裂过程区长度有关;脆性破坏与EPS颗粒的面积占有率、粒径大小以及颗粒间距有关。在EPS颗粒面积占有率较低的情况下,EPS混凝土的粒子尺寸效应对混凝土力学性能的影响较明显,在较高面积占有率的情况下,粒子尺寸效应对其影响较小。随着EPS颗粒面积占有率的增加,EPS混凝土损伤破坏由脆性破坏向延性破坏转变。建立基于损伤力学与断裂力学的粒子尺寸效应数学模型,用数值模拟进行验证,发现两者吻合较好。     

非均质混凝土材料破坏的三维细观数值模拟

在随机骨料模型的基础上,采用特征单元尺度对网格进行剖分,建立了非均质混凝土材料损伤破坏及宏观力学特性研究的三维细观单元等效化模型。对单轴拉伸、单轴压缩条件下湿筛混凝土试件的破坏过程及宏观力学性能进行了模拟分析;研究了混凝土梁的三分点弯拉力学特性,并与平面模型结果作了对比。研究表明:1) 与平面计算模型相比,三维模型更真实地模拟混凝土材料在外荷载作用下的损伤破坏过程,更准确的描述非均质混凝土材料的宏观力学性能,且与实验结果吻合;2) 骨料空间分布形式基本不影响混凝土材料的宏观弹性模量及强度,但影响其破坏过程和破损路径;3) 与随机骨料模型等细观力学方法相比,该方法具有高效性。     

The experimental study on the correlation of resistivity and damage for conductive concrete

This paper investigates the correlation of conductivity and damage evolution in carbon fiber reinforced conductive concrete. Under axial static loading and quasi-static cycle loading, the damage evolution is detected by ultrasonic technique, and the variation of resistivity is also inspected using real-time measurement method. According to the stress wave theory, the relationship between the damage evolution in concrete and variation of ultrasonic velocity is obtained, eventually concluding in the correlation of concrete damage and its resistivity. The research results indicate that concrete real-time damage and resistivity exhibits cubic polynomial correlation under the condition of a static load, and concrete resistivity and residual damage shows exponential growth rule under the condition of a cyclic load.     

冻融环境下煤矸石混凝土损伤度评估方法研究

本研究对不同取代率的煤矸石粗集料混凝土冻融后的损伤演化行为及损伤评估方法进行了研究,依据超声波评测法确定损伤层厚度,并对冻融后煤矸石混凝土的抗压强度、损伤层厚度、损伤层特征值的变化规律进行分析;提出以便于工程检测的损伤层作为煤矸石混凝土冻融损伤的评价标准,并通过考虑损伤区域材料的残余强度对所测得的损伤层进行修正。研究结果表明:随着冻融次数的增加,煤矸石混凝土的抗压强度与损伤层特征值逐渐减小,损伤层厚度逐渐增大;引入损伤层修正系数后,冻融损伤度评估结果的精确性显著提高,且随着冻融次数的增加,修正系数逐渐增大,反映出损伤区域材料的残余强度不断减小,实际损伤度逐渐增大的演化行为。